ING. MILO DùDEK ING. FRANTI EK VO ICK Stavební materiály pro 1. roãník SP stavebních Páté, upravené vydání Schválilo M MT âr dne 23. 8. 2002 pod ãj. 25 091/2002-23 jako uãebnici pro stfiední koly s dobou platnosti 6 let SOBOTÁLES Praha 2006
Tato kniha charakterizuje stavební materiály a zab vá se jejich v znamem. Rozdûluje stavební hmoty podle pûvodu, podle fyzikálních vlastností a podle úãelu. Struãnû popisuje jejich v robu a pouïití. Zahrnuje i soubor cviãení ze stavebních materiálû. Je urãena ÏákÛm l. roãníku SP stavebních. Lektorovali: PaeDr. Jaroslav Matou ek (2. vyd.) Ing. Vlastimila Mo nová (2. vyd.) Ing. Jifií Dvofiák (4. vyd.) 1st edition Ing. MiloÀ Dûdek, 1990 5th revised edition Ing. MiloÀ Dûdek, Ing. Franti ek Vo ick, 2006 ISBN 80-86817-17-2
OBSAH 1 ÚVOD........................................... 13 1.1 V znam a rozdûlení stavebních materiálû................. 13 1.2 Rozdûlení stavebních materiálû......................... 14 1.3 Dne ní stav a perspektivy rozvoje v roby stavebních materiálû. 15 2 VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLÒ............. 17 2.1 Pfiehled fyzikálních a chemick ch vlastností stavebních materiálû.................................. 17 2.2 Stavba hmoty...................................... 17 2.3 Základní vlastnosti stavebních materiálû.................. 18 2.3.1 Vzhled a pfiesnost v robních rozmûrû.................... 18 2.3.2 Hmotnost......................................... 18 2.3.3 Hustota (mûrná hmotnost) - ( )........................ 19 2.3.4 Objemová hmotnost - ( v )............................. 20 2.3.5 Hutnost - (h)....................................... 20 2.3.6 Pórovitost - (p)..................................... 21 2.3.7 Mezerovitost....................................... 21 2.3.8 Zrnitost (granulometrické sloïení)....................... 22 2.3.9 Pevnost........................................... 22 2.3.10 PruÏnost.......................................... 22 2.3.11 Vlhkost........................................... 22 2.3.12 Nasákavost........................................ 24 2.3.13 Mrazuvzdornost.................................... 24 2.3.14 Tepelná vodivost a akumulaãní schopnost................. 25 2.3.15 Îárovzdornost a stálost v ohni.......................... 26 2.3.16 Akustické vlastnosti stavebních materiálû................. 26 2.3.17 Základní vztahy vlastností látek........................ 27 2.4 Hygienická a protipoïární kritéria pro stavební materiály..... 27 3 KERAMICKÉ V ROBKY............................ 29 3.1 Rozdûlení keramick ch v robkû........................ 29 3.2 Keramické suroviny................................. 30 5
3.2.1 Základní suroviny................................... 30 3.2.2 Pomocné suroviny................................... 31 3.2.3 Materiály na povrchovou úpravu........................ 31 3.2.4 V roba cihláfisk ch v robkû........................... 32 3.3 Cihláfiské v robky, skladování a doprava.................. 35 3.3.1 Druhy cihláfisk ch v robkû............................ 36 3.3.1.1 Prvky pro svislé konstrukce............................ 36 3.3.1.2 Prvky pro vodorovné konstrukce........................ 39 3.3.1.3 Pálená krytina...................................... 41 3.3.1.4 Cihelné dlaïdice a obkládaãky......................... 42 3.3.1.5 Pálené cihláfiské prvky pro speciální úãely................ 44 3.3.1.6 Trativodky......................................... 44 3.3.1.7 Antuka........................................... 44 3.3.2 Doprava cihláfisk ch v robkû.......................... 44 3.3.3 Skladování cihláfisk ch v robkû........................ 45 3.4 Keramické obklady a dlaïdice.......................... 45 3.5 Kameninové v robky................................ 49 3.6 Îárovzdorné v robky................................ 51 4 HORNINY........................................ 54 4.1 Rozdûlení hornin a technické vlastnosti stavebního kamene... 54 4.1.1 Vyvfielé (eruptivní) horniny............................ 55 4.1.1.1 Hlubinné vyvfieliny.................................. 55 4.1.1.2 Îilné vyvfieliny..................................... 56 4.1.1.3 V levné vyvfieliny................................... 56 4.1.2 Usazené (sedimentární) horniny........................ 57 4.1.2.1 Mechanické usazeniny (sedimenty)...................... 58 4.1.2.2 Chemické usazeniny................................. 59 4.1.2.3 Organické usazeniny (biolity).......................... 59 4.1.3 Pfiemûnûné (metamorfované) horniny.................... 60 4.1.4 Základní technické vlastnosti stavebního kamene........... 61 4.2 Vlastnosti hornin.................................... 62 4.2.1 Stavba hornin...................................... 62 4.2.2 Odluãnost a puklinatost............................... 62 4.2.3 Zvûtrávání hornin................................... 63 4.2.4 Drtitelnost a típatelnost.............................. 63 4.2.5 Opotfiebitelnost a le titelnost........................... 64 4.3 Kámen a kamenivo.................................. 64 4.3.1 TûÏba stavebního kamene............................. 64 6
4.3.2 Opracování a úprava stavebního kamene.................. 65 4.4 V robky z kamene................................... 67 4.5 Kamenivo pro stavební úãely.......................... 70 4.6 Dodávání, doprava a skladování kameniva................ 72 4.7 Pfiejímka kameniva a zimní pfiedzásobení................. 72 5 POJIVA........................................... 74 5.1 Vzdu ná pojiva..................................... 74 5.1.1 Vzdu né vápno..................................... 74 5.1.1.1 V roba vzdu ného vápna.............................. 75 5.1.1.2 Vlastnosti vápna.................................... 76 5.1.1.3 Druhy vápna, pouïití, doprava a skladování............... 76 5.1.2 Sádra............................................. 80 5.1.2.1 V roba sádry....................................... 81 5.1.2.2 Vlastnosti a pouïití sádry............................. 81 5.1.2.3 Doprava sádry a skladování............................ 82 5.1.3 Anhydritové pojivo.................................. 83 5.2 Hydraulická pojiva.................................. 83 5.2.1 Hydraulické vápno.................................. 83 5.2.2 Cement, v roba, druhy a pouïití........................ 84 5.2.2.1 Suroviny a v roba................................... 84 5.2.2.2 Druhy cementû..................................... 86 5.2.2.3 Skladování a doprava cementû......................... 91 6 MALTY A MALTOVÉ SMùSI......................... 92 6.1 SloÏky malt........................................ 92 6.2 Druhy a vlastnosti malt............................... 93 6.3 V roba a zpracování malt............................. 95 6.4 PrÛmyslovû vyrábûné malty........................... 97 6.4.1 Mokré malty....................................... 97 6.4.2 Suché maltové smûsi................................. 98 7 CEMENTOVÉ BETONY............................ 103 7.1 V hody a nev hody betonov ch konstrukcí............... 103 7.2 SloÏky betonu, pomûry mí ení......................... 104 7.3 V roba, doprava a ukládání betonové smûsi.............. 105 7.4 Speciální betony................................... 108 7.4.1 Vakuovan beton................................... 108 7.4.2 Provzdu nûn beton................................ 108 7
7.4.3 Pohledov beton................................... 108 7.4.4 TûÏk beton...................................... 109 7.4.5 Beton s rozpt lenou v ztuïí.......................... 109 7.4.6 Ohnivzdorn a Ïáruvzdorn beton...................... 109 7.4.7 Prolévan beton................................... 109 7.5 Lehké betony...................................... 110 7.5.1 Betony mezerovité.................................. 110 7.5.2 Betony lehãené nepfiímo............................. 110 7.5.3 Betony lehãené pfiímo............................... 112 7.6 Zdivo z betonov ch tvárnic........................... 113 7.6.1 Pórobetonové tvárnice............................... 113 7.6.2 Betonové tvárnice vibrolisované....................... 114 7.6.3 Stropní systém Rector z pfiedepjat ch nosníkû a skofiepinov ch vloïek.............................. 115 7.7 Autoklávované v robky.............................. 116 8 VLÁKNOCEMENTOVÉ V ROBKY.................. 119 8.1 SloÏky, v roba a vlastnosti vláknocementu............... 119 8.2 V robky z vláknocementu............................ 120 9 D EVO......................................... 123 9.1 Základní názvosloví a technické vlastnosti dfieva, tûïení a doprava.......................................123 9.1.1 Základní názvosloví................................ 123 9.1.2 Technické vlastnosti................................ 124 9.1.3 TûÏba dfieva a doprava............................... 125 9.2 Kulatina, fiezivo a jiné v robky pouïívané ve stavebnictví.... 126 9.2.1 Kulatina......................................... 126 9.2.2 ezivo........................................... 126 9.2.3 Jiné v robky z kulatiny.............................. 127 9.3 Skladování a ochrana dfieva........................... 128 9.3.1 Skladování dfieva................................... 128 9.3.2 Ochrana dfieva..................................... 129 9.4 Lepené dfievo, suroviny, v roba a v robky............... 130 9.5 Aglomerované dfievo, suroviny, v roba a v robky..........131 10 KOVY.......................................... 134 10.1 PouÏití kovû ve stavebnictví.......................... 134 10.2 Surové Ïelezo a ocel (sloïení, zpracování a v roba)........ 134 8
10.3 V robky z oceli a betonáfiská v ztuï.................... 137 10.3.1 V robky z oceli.................................... 137 10.3.2 Betonáfiská ocel.................................... 139 10.3.3 Znaãení stavebních ocelí............................. 141 10.4 Ochrana oceli pfied korozí............................ 141 10.5 Slitiny neïelezn ch kovû............................. 142 10.5.1 NeÏelezné kovy.................................... 142 10.5.2 Slitiny neïelezn ch kovû............................. 144 11 STAVEBNÍ SKLO................................. 145 11.1 V znam, suroviny, v roba............................ 145 11.2 Vlastnosti skla..................................... 146 11.3 Druhy stavebního skla............................... 146 11.3.1 Ploché sklo....................................... 146 11.3.2 Sklenûné tvarovky.................................. 147 11.3.3 Sklenûné trouby................................... 148 11.3.4 Sklenûné vlákno................................... 149 11.3.5 Pûnové sklo....................................... 150 11.3.6 Sklenûná mozaika.................................. 150 11.3.7 Sklenûné mikrodutinky.............................. 150 11.4 Skladování skla.................................... 151 12 PLASTY......................................... 152 12.1 V znam plastû ve stavebnictví, základní suroviny, v roba a vlastnosti plastû............................ 152 12.1.1 Suroviny......................................... 152 12.1.2 V roba.......................................... 152 12.1.3 Vlastnosti plastû................................... 153 12.2 Druhy plastû...................................... 155 12.2.1 Termoplasty...................................... 155 12.2.2 Reaktoplasty...................................... 159 12.3 Plasty jako pfiísada do malt a betonû.................... 160 13 IZOLAâNÍ MATERIÁLY A V ROBKY................ 163 13.1 Druhy izolaãních hmot.............................. 163 13.2 Izolace proti vodû a zemní vlhkosti..................... 163 13.3 Izolace proti ztrátám tepla a proti pronikání chladu......... 168 9
13.3.1 Základní fyzikální a technické pojmy................... 169 13.3.2 Rozdûlení tepelnû izolaãních materiálû.................. 171 13.3.3 Druhy tepelnû izolaãních materiálû pouïívan ch v pozemním stavitelství.............................. 173 13.4 Izolace proti hluku a otfiesûm......................... 175 13.4.1 Základní fyzikální a technické pojmy................... 175 13.4.2 Druhy v robkû pro izolace proti hluku a otfiesûm.......... 177 13.5 Izolaãní hmoty pro poïární ochranu.................... 178 14 PREFABRIKACE.................................. 180 14.1 Úãel a v znam prefabrikace, v hody a nev hody.......... 180 14.2 Dílce z prostého, Ïelezového a pfiedpjatého betonu......... 182 14.2.1 Druhy dílcû....................................... 182 14.2.2 Znaãení stavebních dílcû............................. 183 14.2.3 V roba a zpracování betonové smûsi.................... 184 14.2.4 Urychlené dozrávání betonu.......................... 185 14.2.5 Skladování prefabrikátû.............................. 186 14.3 Deskové materiály.................................. 187 15 POMOCNÉ MATERIÁLY........................... 188 15.1 Nátûrové hmoty, tmely.............................. 188 15.1.1 Druhy nátûrov ch hmot.............................. 189 15.1.2 Druhy tmelû...................................... 191 15.2 Lepidla, druhy a pouïití.............................. 191 15.3 Tapety, druhy a pouïití.............................. 192 15.4 Speciální textilie................................... 193 16 LABORATORNÍ CVIâENÍ ZE STAVEBNÍCH MATERIÁLÒ...................... 196 16.1 V znam kontroly jakosti stavebních hmot a organizace provádûní.............................. 196 16.2 Základní laboratorní postupy a úkony ve kolní laboratofii (odbûr vzorkû, metodika zkou ení a ohodnocení v sledkû)... 197 16.2.1 Odbûr vzorkû..................................... 197 16.2.2 Metodika zkou ení................................. 198 16.2.3 Hodnocení v sledkû zkou ek......................... 202 16.3 Ovûfiování vlastností keramick ch v robkû............... 202 16.3.1 Ovûfiování vlastností pln ch pálen ch cihel............... 202 10
16.3.1.1 Zkou ení rozmûrû.................................. 203 16.3.1.2 Pravoúhlost....................................... 203 16.3.1.3 Zakfiivení ploch a hran............................... 203 16.3.1.4 Nasákavost....................................... 204 16.3.1.5 Pevnost v tahu za ohybu............................. 204 16.3.1.6 Pevnost v tlaku.................................... 205 16.3.1.7 Objemová hmotnost................................ 206 16.3.2 Ovûfiování vlastností drenáïních trubek (âsn 72 2699)...... 206 16.3.2.1 Svûtlost trubek.................................... 206 16.3.2.2 Zplo tûní trubek................................... 206 16.3.2.3 Délka trubky...................................... 207 16.3.2.4 Tlou Èka stûny trubky............................... 207 16.3.2.5 Lomové zatíïení trubky.............................. 207 16.4 Ovûfiování vlastností kameniva pro stavebnictví........... 207 16.4.1 Zkou ka nasákavosti hutného kameniva................. 208 16.4.2 Zkou ka zrnitosti kameniva........................... 209 16.4.3 Zkou ka objemové hmotnosti hutného kameniva........... 210 16.4.4 Zkou ka sypké hmotnosti kameniva.................... 210 16.4.5 Zkou ka mezerovitosti kameniva....................... 211 16.4.6 Zkou ka pevnosti kameniva.......................... 212 16.5 Ovûfiování vlastností vzdu n ch pojiv................... 213 16.5.1 Vápno........................................... 213 16.5.1.1 Zkou ka zrnitosti (jemnosti) vápna..................... 213 16.5.1.2 Zkou ka hasivosti kusového vápna..................... 214 16.5.1.3 Zkou ka vydatnosti kusového (a mletého) vápna........... 214 16.5.2 Sádra............................................ 216 16.5.2.1 Zkou ka jemnosti mletí sádry (âsn 72 2301, ST SEV 826-77)....................... 216 16.5.2.2 Zkou ka zaãátku a konce doby tuhnutí sádry.............. 217 16.5.2.3 Zkou ka pevnosti v tlaku............................. 217 16.5.2.4 Zkou ka pevnosti v ohybu............................ 219 16.6 Vláknocementová plochá krytina....................... 219 16.6.1 Zji Èování vlastností vláknocementové ploché krytiny (âsn 72 2660).................................... 219 16.6.1.1 Zkou ení rozmûrû.................................. 219 16.6.1.2 Nasákavost....................................... 220 16.6.1.3 Pevnost v tahu za ohybu............................. 220 16.7 Ovûfiování vlastností dfieva........................... 221 16.7.1 Zkou ka objemové hmotnosti dfieva (âsn 49 0108, ST SEV 388-76)....................... 221 11
16.7.2 Zkou ka pevnosti v tlaku ve smûru vláken (âsn 49 0110)... 221 16.7.3 Zkou ka pevnosti dfieva v ohybu (âsn 49 0115, ST SEV 390-76........................ 222 16.8 Ovûfiování vlastností plastû........................... 222 16.8.1 Stanovení tuhosti lehãené mûkké hmoty pfii stlaãení........ 223 16.8.2 Ohybová zkou ka tuh ch plastû....................... 223 16.8.3 Stanovení odolnosti zatepla podle Vicata................. 224 16.9 Ovûfiování vlastností Ïivic............................ 226 16.9.1 Stanovení bodu mûknutí krouïkem a kuliãkou (K. K.)....... 226 16.9.2 Stanovení duktility asfaltu............................ 227 16.9.3 Bod lámavosti asfaltû............................... 229 16.9.4 Ovûfiování vlastností obkládaãek....................... 231 16.9.4.1 Zkou ení rozmûrû.................................. 231 16.9.4.2 Pfiímost lícních stran................................ 231 16.9.4.3 Pravoúhlost lícní plochy............................. 232 16.9.4.4 Nasákavost....................................... 232 16.10 Odebírání vzorkû zemin............................. 233 16.10.1 Neporu ené vzorky................................. 233 16.10.2 Poru ené vzorky................................... 234 16.10.3 Hustomûmá metoda................................. 235 16.10.4 Základní laboratorní stanovení vlhkosti zeminy............ 238 16.10.5 Stanovení meze tekutosti............................. 238 16.10.6 Stanovení meze tvárlivosti............................ 240 16.10.7 Stanovení meze smr tûní zeminy....................... 240 16.10.8 Objemové zmûny zemin............................. 241 12
1 ÚVOD 1.1 VÝZNAM A ROZDĚLENÍ STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ K vytvoření stavebního díla od jeho zrodu v projekčním ateliéru, přes realizaci až po ochranu před okolním prostředím, se využívá řada materiálů, které mají zajistit bezporuchovou funkci. Stavební materiály, které lidstvo po staletí téměř výhradně používalo, byly až do počátku 19. století kámen, cihly, dřevo a spojovací malty. Teprve během 19. století se do stavebnictví rozšířilo používání litiny a oceli. První polovina 20. století se vyznačuje rozvojem betonu, železobetonu a později i předpjatého betonu. V posledních desetiletích se na trhu objevuje velké množství zcela nových materiálů, které postupně pronikají do stavebnictví. Jsou to lehké betony, izolační látky, plasty a materiály kombinované z materiálů klasických s různými chemickými přísadami. Zároveň se objevují zcela nové typy konstrukcí, jako jsou konstrukce tenkostěnné, sendvičové apod. Každý stavební materiál se vyznačuje určitými specifickými vlastnostmi, jako jsou pevnost v tlaku, pevnost v tahu, tepelně izolační schopnost, vodotěsnost apod. Tyto vlastnosti jsou často protichůdné. Např. materiály s vysokou pevností mají špatné tepelně izolační vlastnosti a naopak. Jednotlivé stavební materiály mohou tedy zabezpečovat jen některé funkce stavebních konstrukcí, často jen jednu funkci (např. nosnost konstrukce, tepelně izolační funkci, hydroizolační funkci apod.). Toto všechno vede ke zvýšeným požadavkům na kvalitu používaných materiálů a nutnost komplexních znalostí o jejich chování za různých podmínek. K tomu je zapotřebí širokých znalostí přírodních zákonitostí, kterými se zabývají různé vědní obory počínaje matematikou, fyzikou, chemií, klimatologií a dalšími z nich odvozenými. Některé materiály jsou určeny přímo na vytváření stavebních konstrukcí nebo jejich částí (např. beton, malta, cihlářské výrobky), jiné se používají jako polotovary na výrobu dalších stavebních materiálů (cement, vápno). Správnou volbu potřebných materiálů a výrobků je možno splnit jen tehdy, známe-li jejich technické vlastnosti. Tyto technické vlastnosti závisejí na 13
původu použitého materiálu, na technologii jeho výroby i na vzájemném ovlivnění okolním prostředím během života stavebního díla. Spojením více druhů materiálů vznikají tzv. kompozitní materiály. Tyto materiály získávají dobré vlastnosti použitých materiálů a tím výsledný produkt kompozitní materiál získává vlastnosti, kterých nemůžeme dosáhnout při samotném použití jednotlivých materiálů. 1.2 ROZDĚLENÍ STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ Sortiment stavebních materiálů je velmi široký. Pro zlepšení přehledu se stavební materiály dělí do skupin podle určitých charakteristických vlastností a hledisek, např. podle původu, vlastností, účelu použití, tvaru apod. 14 Podle původu můžeme stavební materiály rozdělit na: a) stavební materiály přírodní anorganické (kámen, hlína, jíl apod.), organické (dřevo, rákos apod.). b) stavební materiály umělé z anorganických surovin (vápno, cement, keramické výrobky, sklo apod.), z organických surovin (plasty, bitumeny, nátěrové materiály apod.), vzniklé kombinací anorganických a organických surovin (dřevocementové desky, pilinobeton apod.). Podle stupně zpracování rozeznáváme: neupravené přírodní a druhotné suroviny (písek, štěrk, hlína, struska, škvára, piliny apod.), upravené suroviny (opracovaný kámen, drcené a tříděné kamenivo, řezivo apod.), složené (kompozitní) stavební materiály (malta, beton, stavební dílce apod.), průmyslově vyrobené umělé materiály (keramické výrobky, stavební sklo, izolační látky apod.), hotové výrobky (okna, trouby, ocelové výrobky, prvky na dokončovací práce apod.).
Podle použití rozeznáváme: konstrukční materiály vytvářejí nosnou část stavby, výplňové a izolační materiály vyplňují nosnou konstrukci a chrání stavební dílo proti různým nepříznivým vlivům, materiály na vnitřní vybavení budov výrobky potřebné na dokončovací práce, instalační materiály vytvářejí se z nich instalace ve stavebním díle, dekorační materiály na vnější nebo vnitřní výzdobu budovy, pomocné materiály používané po dobu výstavby nebo zabudované do stavebního díla. Podle charakteristické vlastnosti můžeme stavební materiály rozdělit na tvárné (hlína, asfalt), pružné (guma, ocel), křehké (sklo), tvrdé (kámen, některé kovy, sklo), stálé nebo nestálé proti chemickým vlivům, tepelně izolační (pěnové sklo, dřevo), zvukově izolační apod. 1.3 DNEŠNÍ STAV A PERSPEKTIVY ROZVOJE VÝROBY STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ Výroba stavebních materiálů je rozvětvená v celou řadu oborů, jako je těžba a úprava surovin, průmysl kamene, cihlářská výroba, keramická výroba, výroba pojiv, výroba skla apod., souvisí však i s celou řadou průmyslových oborů jiného druhu, jako je strojírenství (výroba stavebních strojů), hutnictví (výroba oceli), chemie (výroba plastických hmot) a stále více se zaměřuje i na zužitkování průmyslových odpadů jiných průmyslových oborů, zejména škváry, vysokopecní strusky, elektrárenských popílků, dřevařských odpadů a jiných. V současné materiálové základně stavebnictví převládají silikátové stavební materiály. Do této skupiny se zařazují především materiály na bázi křemíku a jeho sloučenin (cement, sklo, keramika a další), ale imateriály s podobnou technologií výroby a způsobem aplikace (např. vápno, sádra apod.). Silikátové stavební materiály jsou relativně lehko zpracovatelné, trvanlivé a ekonomicky výhodné. Proto neztratí na významu ani v budoucnosti. Předpokládá se však u nich kvalitativní vývoj, to znamená orientaci na výrobky s vynikajícími vlastnostmi, potřebnou trvanlivostí a estetickým vzhledem. Další vývoj můžeme očekávat hlavně v oblasti kompozitních (složených) materiálů a vysokopevnostních betonů. 15
S rostoucími požadavky stavebnictví můžeme předpokládat vývoj nových materiálů, respektive zdokonalování existujících materiálů. Například zlepšování mechanických vlastností (zvyšování pevnosti a únosnosti materiálů), dalším trendem bude snižování objemové hmotnosti vylehčováním materiálů (například keramických) a zvyšování jejich tepelně izolačních vlastností. Další důležitou roli při rozvoji stavebních materiálů budou mít plasty, lehké kovy, tenkostěnné ocelové výrobky, tepelná a zvuková izolace a jejich vzájemná kombinace. Proto v budoucnosti můžeme očekávat kromě silikátové materiálové základny výraznější uplatnění i materiálové základny chemicko-metalurgické. 16
2 VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ 2.1 PŘEHLED FYZIKÁLNÍCH A CHEMICKÝCH VLASTNOSTÍ STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ Vlastnosti stavebních materiálů lze v zásadě rozdělit na vlastnosti chemické a vlastnosti fyzikální. Chemické vlastnosti závisející především na složení hmoty a vzájemném působení materiálu a okolního prostředí jsou součástí chemické technologie a nejsou v této učebnici uváděny s výjimkou fyzikálně-chemických vlastností, které se projevují např. při tuhnutí a tvrdnutí pojiv malt a betonů. V další části této kapitoly jsou uvedeny jen hlavní fyzikální vlastnosti stavebních materiálů bezprostředně ovlivňující jejich použití v konstrukci. Za hlavní fyzikální a mechanické vlastnosti stavebních hmot, které zajímají odborníky ve stavebnictví, můžeme pokládat přesnost výrobních rozměrů, strukturu, hmotnost, objemovou hmotnost, vlhkost, navlhavost, vzlínavost, mrazuvzdornost, odolnost proti vysokým teplotám, tepelnou vodivost, tepelnou akumulaci a akustickou vodivost. 2.2 STAVBA HMOTY Základním stavebním článkem prvku je atom. V dnešní době byla existence atomů prokázána přímými fyzikálními metodami, byla změřena jejich velikost a přesně stanovena jejich hmotnost. Ukázalo se, že atomy nejsou těmi nejmenšími stavebními kameny hmoty, ale že jsou vytvořeny z kladně nabitých atomových jader a záporně nabitých elektronových obalů. Silnými zásahy zvenčí je lze rozložit na menší částečky, tzv. elementární částice. Jádro atomu obsahuje protony a neutrony, společně nazývané nukleony (nucleus = jádro). Obal jádra tvoří elektrony. Pro chemické chování atomů a chemickou stavbu látek je rozhodující, jakou podobu má elektronový oblak. O složení, vnitřní stavbě a struktuře látek pojednává chemie. Zkoumá vlastnosti látek a chemické děje, při kterých se mění podstata hmoty a složení látek a jejich struktura, studuje výskyt látek v přírodě a zabývá se jejich využitím, zpracováním a umělou výrobou. 17
Chemické děje, které probíhají při výrobě látek, jsou předmětem chemické technologie. Výroba většiny stavebních materiálů je založena na chemických procesech, za kterých se přeměňují suroviny na výrobek požadovaných konečných vlastností. Při každé chemické změně probíhají i fyzikální procesy. Proto se při výrobě stavebních materiálů uplatňují rovněž zákony a znalosti z oboru fyziky a fyzikální chemie. Poznatky moderní chemie naznačují, že je možné objevovat nové kvality a nové formy chemického slučování. Látka je forma hmoty vyznačující se chemickým složením, skupenstvím, strukturou apod., může být chemicky individuální nebo homogenní, popř. to může být heterogenní směs různých sloučenin. Materiál je látka, která je předmětem výrobního procesu nebo má určitý vztah k technologii a technickému využití. 2.3 ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERI- ÁLŮ 2.3.1 Vzhled a přesnost výrobních rozměrů U materiálů rozhodujících o vzhledu stavebního díla je mnohdy důležitá barva a struktura povrchu, neboť např. jiným estetickým účinkem působí leštěná žula, jiným zrnitý pískovec, jiným zdivo betonové a jiným zdivo cihelné. U kusových výrobků záleží především na přesnosti výrobních rozměrů. Za výrobní rozměr považujeme teoretický rozměr prvku při nulové toleranci. Běžným postupem nelze u všech výrobků zajistit přesný výrobní rozměr. Rozdíl mezi skutečným rozměrem a výrobním rozměrem je výrobní tolerance, norma většinou předepisuje tzv. povolenou toleranci, tj. maximální dovolenou odchylku od předepsaných rozměrů. Skutečné rozměry určujeme měřením, které uvádíme v mm a m. 2.3.2 Hmotnost Hmotnost je setrvačná tíhová vlastnost hmotného objektu. Obvykle uvažujeme (není-li požadováno jinak) hmotnost suché látky. Stanovíme ji vážením, a to v g nebo v kg. 18
2.3.3 Hustota (měrná hmotnost) ( ) Je definována jako hmotnost objemové jednotky určité látky bez dutin a pórů. Vypočítá se ze vztahu: m = V h kde je hustota [kg.m 3 ], m hmotnost vzorku [kg], V h objem vzorku bez dutin a pórů [m 3 ]. Tabulka 1. Objemové hmotnosti nejobvyklejších stavebních hmot (podle ČSN 73 0035) Druh Objemová hmotmost (kg m 3 ) Sypká (sypaná) stativa cement 1 000 1 200 štěrk 1 700 1 900 hlína a jíl 1 900 2 000 Kámen (celistvý) žula 2 600 2 700 pískovec 1 900 2 700 Keramická staviva plné pálené cihly 1 800 1 900 plné pálené cihly lehčené 1 000 1 600 děrované pálené cihly 1 000 1 300 Dřevo Beton Kovy měkké vyschlé až vlhké 550 750 tvrdé vyschlé až vlhké 750 900 prostý beton 2 100 2 300 železový beton 2 300 2 500 lehčený beton (s lehkým kamenivem) 1 000 1 800 ocel 7 850 hliník 2 700 19
2.3.4 Objemová hmotnost ( v ) Je definována jako hmotnost objemové jednotky určité látky včetně dutin a pórů. Vypočítá se ze vztahu: v = m V kde v je objemová hmotnost [kg.m 3 ], m hmotnost vzorku [kg], V objem včetně dutin a pórů [m 3 ]. 2.3.5 Hutnost (h) Pod pojmem hutnost rozumíme stupeň vyplnění objemu materiálu pevnou látkou. Lze ji tedy definovat pouze u pevných látek a matematicky vyjádřit jako poměr objemu pevné fáze k objemu celkovému nebo poměrem objemové hmotnosti k hustotě. Hutnost se nejčastěji vyjadřuje v procentech: V h h = [%] V.100 = v.100 kde h je hutnost [%], V celkový objem vzorku [m 3 ], V h objem vlastní pevné fáze [m 3 ], v objemová hmotnost [kg.m 3 ], hustota materiálu [kg.m 3 ]. U nesoudržných materiálů je hutnost proměnlivá. Aktuální stav hutnosti (zhuštění) materiálu vyjadřujeme stupněm zhutnění S h. Je to poměr hutnosti nezhutněného materiálu k materiálu zhutněnému. Vypočítá se ze vzorce: S h = h h = v v = v v kde h je hutnost nezhutněného materiálu, h hutnost zhutněného materiálu, v objemová hmotnost nezhutněného materiálu, 20
v objemová hmotnost zhutněného materiálu, hustota. 2.3.6 Pórovitost (p) Poměr objemu pórů a dutin v určitém množství látky V p k celkovému objemu tohoto množství látky V se nazývá pórovitostí. Vypočítá se ze vztahu: V p p =. 100 = V v 1. 100 kde p je pórovitost [%], hustota [kg.m 3 ], v objemová hmotnost [kg.m 3 ]. Pórovitost může být otevřená, když jsou póry a dutiny vzájemně spojeny a jsou spojeny i s povrchem, nebo uzavřená, když jsou póry a dutiny uzavřené. Pórovitost se zjišťuje u pevných látek nebo u jednotlivých zrn látek sypkých. Pórovitost podstatně ovlivňuje mnohé vlastnosti stavebních materiálů, zejména objemovou hmotnost, nasákavost, odolnost proti mrazu, pevnost a tepelnou vodivost. 2.3.7 Mezerovitost Je charakteristickou vlastností sypkých zrnitých materiálů. Vyjadřuje poměr objemu mezer mezi zrny k celkovému objemu určitého množství sypké látky. Mezerovitost se vypočítá ze vztahu: M = V m V kde M je mezerovitost [%], V m objem mezer mezi zrny [m 3 ], V celkový objem [m 3 ], s sypká hmotnost [kg.m 3 ], v objemová hmotnost zrn [kg.m 3 ]. s v. 100 = 1. 100 21
2.3.8 Zrnitost U sypkých látek je jednou ze základních vlastností zrnitost, což je poměrná hmotnostní skladba zrn jednotlivých velikostí. Na zrnitosti závisí mezerovitost a tak i sypná hmotnost, propustnost, stlačitelnost a další mechanické, tepelné a akustické vlastnosti. Zrnitost vyjadřujeme obyčejně graficky křivkou zrnitosti. Zrnitých látek používáme v přírodním složení nebo je třídíme na frakce (podíly), tzn. na skupiny zrn s ohraničenými rozměry. Složení zrn nazýváme též granulometrickym složením. 2.3.9 Pevnost Pevnost tuhého tělesa je jeho odolnost proti porušení staticky působící silou. Podle působení síly rozeznáváme pevnost v tlaku, pevnost v tahu, pevnost v tahu za ohybu, pevnost ve smyku a pevnost v kroucení. Síla, která působí na těleso, způsobuje napětí. Napětí je síla, která působí na jednotku plochy namáhaného průřezu. Mezní napětí je napětí, kterému ještě látka odolává, charakterizuje její pevnost. 2.3.10 Pružnost Vlivem vnějšího zatížení podléhají pevné látky objemovým změnám, deformují se. To znamená, že mění svůj tvar a rozměry. Tyto změny látek jsou vyvolány buď mechanickou silou (tlakem, tahem), nebo působením teploty, případně i změnou vlhkosti v látce či chemickým působením. Působením síly vzniká deformace těles, a ta může být pružná (elastická) nebo nepružná (plastická). Deformace, které po odlehčení tělesa zaniknou, se nazývají pružné deformace a schopnost látky vrátit se do původního tvaru se nazývá pružnost. Deformace, které zůstávají i po odlehčení, jsou nepružné, trvalé. Označují se jako deformace plastické, a příslušná schopnost materiálu je plasticita tvárnost. 2.3.11 Vlhkost Stavební materiály mohou být vystaveny různým účinkům vody: obsažené ve vzduchu (vlhkost vzduchu), 22